科技前沿：除冰型涂料的机理探索及发展前景研究

融冰镀层原材料

分析材料特性，必须较为有关主要参数。针对建筑涂料而言，其考量主要参数分别是：力F；脱黏附总面积A；冰黏附抗压强度τice（τice = F/A）。一般来说，疏冰性（icephobic）原材料的τice低于100 kPa，而钢材、铝等构造原材料τice大于1000 kPa，其表层黏附冰的工作能力很强。因而开发设计低页面延展性（low-interfacial toughness，LIT，即页面延展性Г < 1 J/m2）原材料针对避免冰的吸咐十分关键，期待这类建筑涂料可以在大面积构造上面有优异的融冰特性。

图1.冰面黏附长短和破裂方法的关联  

她们最先搭建了一个简易分析法。在这个实体模型中，冰粘附页面总宽不会改变，长短可变。她们发觉：当页面长短钟头，操纵冰面分离出来的剪切强度（shear strength）与冰黏附抗压强度τice相同，这样的事情下，冰面承受力后，全部页面与此同时产生破裂并掉下来；反过来，当页面长短大时，操纵冰面分离出来的是页面延展性Г，这时冰面承受力后呈页面裂痕散播式掉下来（如下图1所显示）。剖析表明：在二种冰面掉下来方式中转换的重要，是存有一个临界值黏附长短LC。她们推断，假如冰面黏附页面充足长，除去冰面所必要的力（界定为“融冰力”）会慢慢做到一个规定值，页面应用未装饰的一般塑胶材料如高压聚乙烯、聚丙稀、聚乙烯就可以完成这一点。试验也确认，页面企业总宽中融冰力是黏附长短的函数公式，当页面长短L值较钟头，融冰力相对性于L成正比例提高，可是当L超过临界值黏附长短LC时，融冰力不会再提升，并做到一个规定值。而这一融冰力规定值，就可以用于明确页面延展性Г——这一低页面延展性原材料的主要特性主要参数。

图2.根据操纵薄厚和熔融水平来操纵页面骄纵延展性

创作者与此同时发觉根据降到最低镀层薄厚t，可以减少页面延展性。为了更好地认证这一思想观点，她们挑选聚乙烯原材料开展实验，确认其页面延展性Г值确实伴随着原材料薄厚的减少而减少。为进一步减少Г值，她们检测了带有中链甘油三酯油（MCT）的熔融PVC材料，数据显示页面延展性Г值伴随着熔融水平提高而减少。根据提升PVC材料的薄厚和熔融水平，她们获得Г值仅有0.27 J/m2的低页面延展性PVC（LIT PVC）原材料。她们用相同的提升方法，获得了低页面延展性聚乙烯（LIT polystyrene）和低页面延展性PDMS（LIT PDMS）原材料，Г值各自约为0.43 J/m2和0.12 J/m2。她们选择长短达1 m（超出LC）的LIT PVC和LIT PDMS，薄厚1-2 μm，在-10 ℃下检测表明，融冰力在L > LC后自始至终沒有转变。

图3.LIT镀层的大范畴融冰实验  

总的来说在给出镀层薄厚下存有着一个页面长短，超出这一长短时，LIT原材料的融冰工作能力强过一般疏冰原材料。该精英团队效仿电缆线结冻状况，便是用三根1.2 m长、一面结冻的铝板从两边弯折，观查多少倾斜度时冰面掉下来。一根铝板表层没有镀层，一根铝板事前表层涂敷传统式疏冰原材料（有机硅树脂B），第三根则涂敷LIT原材料（有机硅树脂B 40 wt%甲基硅油）。数据显示第三根涂敷LIT原材料的铝板冰面随便掉下来，而前二根即使弯折倾斜度非常大冰面也难有掉下来（图3A）。她们用约1 m × 1 m的铝合金板各自不抹和施胶LIT PDMS原材料，在-7 ℃放到室外留宿结冻，冰面薄厚做到1 cm，相对性于沒有镀层的铝合金板表层，冰面在LIT PDMS镀层上可以彻底借助本身重能力掉下来。

全文连接：Low-interfacial toughness materials for effective large-scale deicing   Science, 2019, 364, 371-375, DOI: 10.1126/science.aav1266

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